2023年6月13日，江門市新會區威信高技術科學研究所（簡稱：廣東省智能院）張旭研究團隊在國際著名學術期刊《Cell Research》(細胞研究)上發表了題爲“A direct spino-cortical circuit bypassing the thalamus modulates nociception”的論文，該研究綜合利用神經環路示蹤、電(diàn)鏡、鈣成像、行爲學等實驗方法，發現了一(yī)條新的傳導痛覺的脊髓-皮層直接通路，爲理解大(dà)腦處理痛覺等感覺信息提供了新的神經傳導通路機制。

神經科學經典理論認爲，外(wài)周傷害性信息由背根神經節（DRG）中(zhōng)的初級感覺神經元傳遞至脊髓背角，經整合後由脊髓投射神經元（SPNs）經脊髓丘腦束（STT）傳遞至丘腦核團，再換神經元向上傳遞至大(dà)腦軀體(tǐ)感覺皮層4層神經元。大(dà)腦感覺皮層5層錐體(tǐ)神經元接收皮層淺層神經元的輸出信号，并沿皮質脊髓束(CST)向脊髓下(xià)行投射，從而調節基本的感覺運動功能。以往研究沒有直接證據表明SPNs能夠直接聯接大(dà)腦皮層神經元。

在此項研究中(zhōng)，研究者利用多種新的環路示蹤劑發現初級感覺皮層和相鄰的初級運動皮層中(zhōng)存在一(yī)群神經元可以直接接受SPNs的投射，并将這群神經元定義爲脊髓-皮層接受神經元（SCRNs）。神經環路示蹤顯示脊髓上行軸突分(fēn)支與來自SCRNs的下(xià)行軸突在腦橋基底核(BPN)的内側形成一(yī)種盤狀結構（SCCD）。他們進一(yī)步通過免疫組化、電(diàn)鏡和腦片鈣成像觀察到SCCD中(zhōng)SPNs上行纖維末梢和SCRNs下(xià)行纖維末梢形成了功能性突觸，形成脊髓上行STT與皮層下(xià)行CST的直接連接。行爲學實驗顯示BPN中(zhōng)的脊髓-皮質直接連接參與痛覺傳導，在體(tǐ)鈣成像結果顯示SCRNs對外(wài)周傷害性刺激有特異性反應，皮層第５層的SCRNs對外(wài)周傷害性刺激的反應顯著快于第4層神經元，表明SCRNs對傷害性刺激的反應不依賴于經典的脊髓-丘腦-皮層通路。此外(wài)，SCRNs還參與了急性痛和神經損傷慢(màn)性痛的調控。

綜上所述，該研究揭示了一(yī)條新的且不通過丘腦的脊髓-皮層直接通路，并闡明了此通路在痛覺調控中(zhōng)起重要作用。該研究不僅爲深入理解大(dà)腦皮層如何處理痛覺等感覺信息提供了新的神經傳導通路，而且爲慢(màn)性痛治療提供了潛在的新靶點。

廣東省智能院蔡冰博士、中(zhōng)國科學院大(dà)學吳丹博士和中(zhōng)科院上海高等研究院謝紅副研究員(yuán)（現任上海理工(gōng)大(dà)學特聘研究員(yuán)）爲本文共同第一(yī)作者，廣東省智能院張旭研究員(yuán)和李昌林研究員(yuán)爲共同通訊作者。這項工(gōng)作得到了中(zhōng)科院深圳先進技術研究院徐富強研究員(yuán)、華中(zhōng)科技大(dà)學蘇州腦空間信息研究院龔輝教授和李安安教授、中(zhōng)科院分(fēn)子細胞卓越中(zhōng)心鮑岚研究員(yuán)的大(dà)力支持。該工(gōng)作得到了國家基金委、廣東省高水平創新研究院項目和中(zhōng)國醫學科學院項目的資(zī)助。

文章連接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00832-0